学生公寓小便池感应冲水装置的研究与实践

摘 要：本文介绍了长条状小便池人体感应自动喷水系统。采用红外线感应开关，热释电红外探头将接收到的微弱信号加以放大，通过STC单片机处理后，驱动电磁阀，完成小便池自动冲水的目的。本装置能探测来自移动人体，人体进入探测区域，热释电红外探头，检测人体位置，单片机开始计数，满足设定次数值，便会驱动水路电磁阀动作，小便池开始自动喷水。该设计也可作为企业、宾馆及商场的卫生间、水房等处的自动节水系统，起到“人来水自开，人走水自停”的作用，既新颖方便，又节约用水，在某些场所还能起到威慑盗窃活动的防范作用。本设计结构简单，本身不发任何类型的辐射和信号，器件功耗很小，价格低廉，隐蔽性好，应用范围广，所以可以通过扩展而达到实际的应用。

关键词：长条状小便池人体感应自动喷水；红外线感应开关；探测区域；单片机；电磁閥

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.16.245

1 前言

1.1 课题的背景与目的

节能与环保已经成为当代产品开发的首要考虑因素和最大卖点。目前市面用小便池冲水控制系统都是点对点近距离通过人体红外感应控制电磁阀来延时自动冲水，但对于公共场所，如学校、车站等人流密集的地方，一般采用长条状小便池，采用的是一根输水管固定在小便池上方，冲水管上有很多小孔，水从小孔流出冲洗小便池。但人们每次站的位置都是不固定的，因而使用点对点的人体红外感应系统就不适用于此。对此有的采用24小时长流水冲洗，稍有节水意识的也仅是采用定时冲水，即使无人用时也会冲水。由此可见，如何有效的减少水资源的浪费和更好的管理水资源已成为一个不可忽视问题。

1.2 人体感应自动控水系统简述

长条状小便池的自动控水系统，其红外感应装置上的红外感应探头设置于红外感应透镜的焦点位置，红外感应透镜可收集伞面区域红外信号，将红外感应装置设置在长条状小便池站立处，人体横向置于红外感应透镜的伞面信号收集区域内，人们小便时每次站的位置即使是不固定的，也能被红外感应装置感应到，感应到人体存在后，为避免误判断，通过控制器的数据计算，达到稳定的数据后，控制器操纵整个电磁、水路等系统，让小便池的水路开始计时喷水，从而实现自动控水系统对长条状小便池的节水控制。

2 自动控水系统总体设计

2.1 自动控水系统的构成

长条状小便池的自动控水系统，包括红外感应装置、水用电磁阀、控制器、AC/DC转换器、单片机控制器和冲水管。

其中，红外感应装置上设置有红外感应探头，红外感应装置和水用电磁阀分别连接至单片机控制器，控制器连接至AC/DC电源转换器，AC/DC电源转换器接入市电。

冲水管设置于长条状小便池上方，一端连接水用电磁阀管口的一端，水用电磁阀管口的另一端接入自来水供水端，冲水管另一端封口，冲水管上设置有多个冲水孔；还包括收集伞面区域红外信号的红外感应透镜，红外感应透镜设置在红外感应装置上，使红外感应探头置于红外感应透镜的焦点位置。红外感应装置设置在使长条状小便池站立处横向，置于红外感应透镜的伞面信号收集区域内的位置。

2.2 自动控水系统的电路连接图

首先是电220V交流电，经过电源转换模块输出低压直流12V，12V的低压电为控水系统供电。单片机得到工作电源后同时输出给人体红外感应模块，红外感应装置、水用电磁阀、控制器、AC/DC转换器、单片机控制器上电进行初始化，并将各自准备到初始设定位置。此时人体红外感应模块便会不停地检测是否有人存在，当有人存在便会向单片机发出高低电平信号，此信号经过单片机计数处理，数据有效后驱动电磁阀动作，电磁阀打开延时10秒，10秒后自动关闭，实现定时喷水的目的。

3 自动控水系统的组成

3.1 自动控水系统电路

该电路的主要元件是热释电红外传感器模块及STC系列单片机控制器，因其抗干扰性好、探测灵敏度高、工作温度范围宽等优点。单片机STC12C5616AD是专为自动化控制配套设计的集成电路，采用 CMOS工艺制造，具有性能指标高、一致性好、功耗低、外围电路简单、安装调试方便、工作可靠性高等优点。

3.1.1 自动控水基本结构和原理

首先通过人体红外感应探头将有效信号送到单片机进行延时计数处理，处理有效后去驱动电磁阀打开10秒，10秒后自动关闭，关闭信号消失后延时50秒会再次判断是否有人存在，以此循环，这样避免人员比较集中时电磁阀频繁动作。

3.1.2 自动控水系统的优点

（1）抗电磁干扰 。自动控水系统的抗电磁波干扰性能符合GB10408中4.6.1要求，一般手机电磁干扰不会引起误报。

（2）抗灯光干扰 。自动控水系统在正常灵敏度的范围内，受3米外H4卤素灯透过玻璃照射，不产生报警。

自动控水系统的安装要求：安装在小便池中心正上方2米高度的房顶上，与墙紧贴一侧。

3.2 热释电红外感应装置

热释电红外传感器是一种能检测人或动物发射的红外线而输出电信号的传感器。早在1938年，有人提出过利用热释电效应探测红外辐射，但并未受到重视，直到六十年代，随着激光、红外技术的迅速发展，才又推动了对热释电效应的研究和对热释电晶体的应用。

3.3 水用电磁阀

电磁阀采用低压直流12V供电设计，常态下为常闭状态，也就是不出水，只有电磁阀线圈得到12V电源后，便会打开阀芯使水通过，线圈失电便会自动关闭阀芯。电磁阀的接管孔径为1/2，流量孔径为16mm，压力范围为0-1MPa，阀体材质黄铜，流体温度适合-5～80度。

3.4 AC/DC电源转换器

此电源主要是用来为小便池自动控水系统提供低压直流12V2A的负载能力。为小便池持续稳定提供保证

4 结论

现代化的生活离不开自动供水的使用，但目前水资源的浪费已成为人们普遍关注的问题，随着电子技术和自动化水平的不断提高，以及各种高准确度，高性能传感器的应用，自动节能水具成为人们理想的选择。人体红外线自动感应喷水装置与其他自动控制灯（如，声控，光控等）相比，具有许多显著的优点：可以避免自然界的声音引起误操作，也可避免无人时水资源的浪费.所以人体红外感应自动控水系统必将成为自动节水系统的主流。

参考文献：

[1]徐玮，徐富军，沈建良.C51单片机高效入门[M].北京：机械工业出版社，2007.

[2]周兴华.手把手教你学单片机[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005.

[3]肖景和.红外线、热释电与超声波遥控电路[M].北京：人民邮电出版社，2003.

[4]求是科技.单片机应用系统开发实例导航[M].北京：人民邮电出版社，2004.

[5]张友德.单片机微型机原理、应用与实验[M].上海：复旦大学出版社，2004.

[6]童师白，华成英.模拟电子技术基础[M].西安：高等教育出版社 ，2001第三版.

[7]谢自美.电子线路设计···实验·测试[M].武汉：华中科技大学出版社，2004.

[8]杨文龙.单片机原理及应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2005.

作者简介：田继辉（1987-），男，天津人，本科，初级，研究方向：自动控制。endprint